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四川理工学院毕业设计（论文）磁悬浮系统的稳定性研究方案设计学生：赵波学号：07021040131专业：电气工程及其自动化班级：2007.1指导教师：田安华四川理工学院自动化与电子信息学院二O一一年六月四川理工学院本科毕业（设计）论文--I摘要本文通过对磁悬浮系统稳定性方案的讨论，从多种方法中选取状态控制法来实现对系统的稳定性控制。文中首先采用单电磁铁模型，由于该模型是非线性的开环控制系统，不能满足稳定性的要求，故经讨论采取在开环控制系统的基础上添加反馈方案，来实现对系统的稳定性控制。再用MATLAB软件中的Simulink模块进行系统仿真来验证该方案是否能实现系统的稳定性控制。本文对系统模型工作原理以及该系统中所用到的元件如传感器，电磁铁，功率放大器等进行了选材原理分析。同时文中也对磁悬浮系统的发展历史、现状及趋势做了简单介绍。关键词：磁悬浮系统；单电磁铁模型；稳定性；状态控制四川理工学院本科毕业（设计）论文--IIABSTRACTBasedonthediscussionofmagneticlevitationsystemstabilityprograms,weselectstatecontrollawfromavarietyofwaystoachievestabilityofthesystem.Firstly,asinglesolenoidmodelwasadoptedtoillustratethestabilityofthesystem,sincethemodelisnon-linearopen-loopcontrolsystem,whichcannotmeetthestabilityrequirements,afeedbackschemewasaddedtothesystemtoachievethestabilitybasedonthediscussion.ThenMATLABSimulinksoftwaremoduleinthesystemsimulationwasusedtoverifywhethertheprogramistoachievesystemstabilitycontrol.Meanwhile,theprincipleofthesystemsimulationandthemethodsfortheselectionofcomponents,suchassensors,solenoidsandpoweramplifier,wereprovidedinthetext.Moreover,wegaveabriefintroductionofthemagneticlevitationsystemhistory,currentsituationandtrends.Keywords:Magneticlevitationsystem;Singlesolenoidmodel；Stability；Statecontrol四川理工学院本科毕业（设计）论文--III目录摘要..............................................................IABSTRACT..........................................................II第一章绪论.........................................................11.1磁悬浮技术应用背景........................................................................................................11.2磁悬浮技术发展简史........................................................................................................11.3磁悬浮技术的应用............................................................................................................31.4磁悬浮控制方法及发展趋势............................................................................................51.5磁悬浮稳定性方案讨论....................................................................................................71.6论文的总体结构.................................................................................................................7第二章磁悬浮系统的组成和工作原理...................................82.1系统组成............................................................................................................................82.2系统工作原理....................................................................................................................92.3传感器的选择与测试......................................................................................................102.3.1S2900型一体化电涡流位移传感器介绍.............................................................112.3.2S2900型一体化电涡流位移传感器性能及参数.................................................112.3.3S2900型一体化电涡流位移传感器特性曲线.....................................................122.4电磁铁的选择..................................................................................................................132.5功率放大器的设计..........................................................................................................142.5.1斩波器的选择.......................................................................................................142.5.2驱动电路...............................................................................................................16第三章单电磁铁悬浮系统数学模型的建立..............................173.1磁悬浮系统动态模型的建立..........................................................................................173.2系统的线性化与状态方程的建立..................................................................................19第四章非线性化反馈线性化控制器设计与仿真..........................224.1非线性化反馈线性化处理...............................................................................................224.2系统仿真...........................................................................................................................23第五章总结........................................................29致谢...............................................................31参考文献...........................................................32四川理工学院本科毕业（设计）论文--1第一章绪论磁悬浮技术属于自动控制技术，它是随着控制技术的发展而建立起来的。磁悬浮技术将电工电子技术、自动控制技术、传感器技术、检测技术、计算机技术等高新技术有机结合在一起，成为典型的机电一体化技术，利用永磁或电磁力将物体无接触地悬浮起来，辅以控制手段，以满足工业生产向高精密、高速度方向发展的需要。近年来，磁悬浮技术开始由宇航、军事等领域向一般工业应用方面发展[1]。1.1磁悬浮技术应用背景近年来，随着科学技术的进步和生产生活的需要，高技术产品日新月异，磁悬浮技术作为新兴机电一体化技术发展迅速。与其它技术相比，磁悬浮技术具有如下一些特点：1)功耗低，减小了损耗：2)无需润滑，可以省去泵、管道、过滤器、密封元件；3)能够实现非接触式的运动控制，避免了机械接触，减少损耗，延长了设备的使用寿命：4)定位、控制精度高，其上限取决于位移传感器的精度：5)能够在小行程内输出很大的驱动力；6)清洁无污染。1.2磁悬浮技术发展简史利用磁力使物体处于悬浮状态是人类的一个古老的梦想，人们试图采用永久磁铁使物体处于稳定悬浮状态，均未获得成功。1842年英国物理学家恩休（Eeanshow）首先提出磁悬浮的概念[2][3]。1922年，德国工程师赫尔曼・肯佩尔提出电磁悬浮理论，并于1934年申请了磁悬浮列车专利[4]。1935年，赫尔曼・肯佩尔运用试验模型证明了磁悬浮理论的可行性，并提出了应用于轨道交通的可能，由此拉开了磁悬浮技术的研究与应用的序幕。1939年，Braunbek经过进一步的物理剖析，得出唯有抗磁材料或超导材料，才能依靠恰当的永久磁铁结构和四川理工学院本科毕业（设计）论文--2相应的磁场分布而实现稳定的悬浮。随着现代控制理论和电子技术的发展，从上世纪60年代中期，很多国家相继投入对有源磁悬浮技术的研究，由此磁悬浮技术的研究步入了一个全新的时期，英国、日本和德国都相继开展了磁悬浮列车的研究。70年代后期以来，电力电子技术、计算机技术、磁性材料技术、检测技术和控制理论的发展，带来了磁悬浮技术的飞速发展，磁悬浮技术成为各国研究开发的热点，越来越多的科研单位和公司加入到磁悬浮技术的研究和开发的行列。进入80年代，超导技术首次应用在磁悬浮方面，超导技术与